[发明专利]基于柱面衍射和等效模分解的非对称光学图像加密方法

说明书

本发明提出一种基于柱面衍射和等效模分解的非对称光学图像加密方法，该方法可以有效抵抗迭代恢复方法的攻击。该方法对经典的基于等效模分解的非对称光学加密技术进行简单的改进，使用柱面衍射代替菲尼尔衍射或夫琅禾费衍射，使用一个纯振幅密文和一个纯相位私钥代替两个复振幅掩膜，能极大地提高加密方法的安全性，特别是能抵御迭代恢复方法的攻击。

技术领域

本发明涉及一种信息安全和信息光学技术领域，特别是光学图像加密方法。

背景技术

光学衍射理论在图像加密中的应用研究是近年来光学信息安全研究领域中的热点课题。2015年蔡建军等学者提出的基于等效模分解的非对称光学加密方法[J. J. Cai,X. J. Shen, M. Lei, C. Lin, and S. F. Dou. Asymmetric optical cryptosystembased on coherent superposition and equal modulus decomposition [J]. Opt.Lett., 2015, 40(4): 475-478.]，该方法是光学衍射理论在信息安全领域的成功运用，引发了相关学者的一系列研究。但是由于该系统依然存在被迭代恢复算法攻击的风险，系统的安全性存在极大的隐患。由于柱面衍射的由内向外传播模型和由外向内传播模型是一对天然的非对称衍射过程，柱面衍射过程引入光学图像加密领域，具有极大的潜力和优势。

发明内容

本发明针对上述基于等效模分解的非对称光学加密技术系统安全隐患，提出一种基于柱面衍射和等效模分解的非对称光学图像加密方法，该方法可以有效抵抗迭代恢复方法的攻击。该方法对经典的基于等效模分解的非对称光学加密技术进行简单的改进，使用柱面衍射代替菲尼尔衍射或夫琅禾费衍射，使用一个纯振幅密文和一个纯相位私钥代替两个复振幅掩模，能极大地提高加密方法的安全性，特别是能抵御迭代恢复方法的攻击。该方法包括光学加密和解密两个过程。

所述的光学加密过程如图1和图2所示，包括图1加密和图2解密两个部分：

所述的加密过程如下：待加密的图像(I)与随机相位板(R1)结合，构成一个复振幅(U1)，表示为U1=sqrt(I)×exp(iR1)，其中i为虚数单位，R1在区间[0, 2π]上具有均匀概率分布；复振幅U1经过柱面衍射逆变换，得到复振幅U2，表示为U2=ICDT(U1)，其中ICDT表示柱面衍射逆变换；对复振幅U2进行等效模分解，表示成两个掩模相加，即U2=P1+P2；对复振幅U2取模表示为A=abs(U2)，对复振幅U2取相位角，表示为β=arg(U2)；按照公式C=0.5A/cos(β-R2)计算等效模分解的振幅，作为加密的密文，其中R2是一个在区间[0, 2π]上具有均匀概率分布的随机相位板，也是等效模分解的第一个掩模P1的相位角；按照公式PK=2β-R2计算等效模分解的第二个掩模P2的相位角，作为加密的私钥；而R1和R2及柱面衍射的系统参数（波长、柱面高、内径和外径）作为公钥。

所述的解密过程如下：首先，密文和随机相位板R2生成第一个掩模P1，表示为P1=C×exp(iR2)；然后，密文和私钥生成第二个掩模P2，表示为P2=C×exp(iPK)；等效模分解的两个掩模相加得到复振幅U2，表示为U2=P1+P2；最后，经过柱面衍射变换得到复振幅U1，对复振幅U1取模的平方，即可恢复图像I，表示为I=|U1|²=|CDT(U2)|²，即I=|CDT{C×[exp(iR2)+exp(iPK)]}|²。

本发明的有益效果在于：具备非对称加密系统良好的抗攻击能力，能抵御迭代恢复方法的攻击，加密系统的安全性好；密文和私钥分别是纯振幅和纯相位，不是传统方法的复振幅，从而减少了存储和传输负担。

附图说明

附图1为本发明的加密流程图。

附图2为本发明的解密流程图。

附图3为本发明的光学解密示意图。